JP2023129260A - image sensor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明はイメージセンサーに関する。 The present invention relates to an image sensor.
イメージセンサーは光学映像(Optical image)を電気信号に変換する半導体素子である。イメージセンサーはCCD(Charge coupled device)型及びCMOS(Complementary metal oxide semiconductor)型に分類されることができる。CMOS型イメージセンサーはCIS(CMOS image sensor)と略称される。CISは2次元に配列された複数の画素を具備する。画素の各々はフォトダイオードPD(photodiode)を含む。フォトダイオードは入射される光を電気信号に変換する役割をする。 An image sensor is a semiconductor device that converts an optical image into an electrical signal. Image sensors can be classified into a charge coupled device (CCD) type and a complementary metal oxide semiconductor (CMOS) type. A CMOS image sensor is abbreviated as CIS (CMOS image sensor). CIS includes a plurality of pixels arranged two-dimensionally. Each pixel includes a photodiode (PD). A photodiode serves to convert incident light into an electrical signal.
本発明が解決しようとする課題は鮮明な画質を具現することができるイメージセンサーを提供することにある。 An object of the present invention is to provide an image sensor that can provide clear image quality.
本発明が解決しようとする課題は以上で言及した課題に制限されず、言及されないその他の課題が下の記載から当業者に明確に理解されるはずである。 The problems to be solved by the present invention are not limited to the problems mentioned above, and other problems not mentioned should be clearly understood by those skilled in the art from the description below.
前記課題を達成するための本発明の実施形態によるイメージセンサーは、互いに反対側の第1面と第2面を含む基板と、前記基板を貫通し、複数の画素に分離し、平面的に格子形状を有する画素分離部であって、前記画素は各々n列とm行に配列された第1乃至第3ピクセルグループを構成し、nとmは各々独立に2以上の自然数である、画素分離部と、前記第1面上に配置され、前記画素分離部と重ねられる遮光グリッドと、前記第1乃至第3ピクセルグループの各々の中心で前記画素分離部と重ねられ、前記第1面上に配置される光調節器と、を含み、前記遮光グリッドは第1方向に第1幅を有し、前記光調節器は前記第1方向に前記第1幅より大きい第2幅を有する。 To achieve the above object, an image sensor according to an embodiment of the present invention includes a substrate including a first surface and a second surface opposite to each other, and a plurality of pixels that penetrate through the substrate, are separated into a plurality of pixels, and are arranged in a planar grid. a pixel separation unit having a shape, the pixels forming first to third pixel groups arranged in n columns and m rows, where n and m are each independently a natural number of 2 or more; a light-shielding grid disposed on the first surface and overlaid with the pixel separation section; and a light-shielding grid overlaid with the pixel separation section at the center of each of the first to third pixel groups and placed on the first surface. a light conditioner disposed, the light blocking grid having a first width in a first direction, and the light conditioner having a second width in the first direction that is larger than the first width.
本発明の一実施形態によるイメージセンサーは、互いに反対側の第1面と第2面を含む基板と、前記基板を貫通し、複数の画素に分離し、平面的に格子形状を有する画素分離部であって、前記画素は各々n列とm行に配列された第1乃至第3ピクセルグループを構成し、nとmは各々独立に2以上の自然数であり、当該画素分離部はポリシリコンパターンとこれを囲む絶縁膜を含む、画素分離部と、前記第2面上に配置される転送ゲートと、前記第2面に隣接し、前記転送ゲート横に配置される浮遊拡散領域と、前記第1面上に配置され、前記画素分離部と重ねられる遮光グリッドと、前記第1乃至第3ピクセルグループの各々の中心で前記画素分離部と重ねられ、前記第1面上に配置される光調節器と、前記光調節器と前記遮光グリッドとの間に配置されるカラーフィルターと、前記カラーフィルター、前記遮光グリッド、及び前記光調節器上に配置され、前記第1乃至第3ピクセルグループに各々対応するマイクロレンズと、を含み、前記遮光グリッドは第1方向に第1幅を有し、前記光調節器は前記第1方向に前記第1幅より大きい第2幅を有し、前記光調節器の上端は前記マイクロレンズの上端から前記マイクロレンズの曲率半径の1/3~2/3の距離に位置する。 An image sensor according to an embodiment of the present invention includes a substrate including a first surface and a second surface opposite to each other, and a pixel separation section that penetrates the substrate, separates the pixels into a plurality of pixels, and has a planar grid shape. The pixels constitute first to third pixel groups arranged in n columns and m rows, n and m are each independently a natural number of 2 or more, and the pixel separation part is formed of a polysilicon pattern. a pixel isolation section including an insulating film surrounding the pixel isolation section; a transfer gate disposed on the second surface; a floating diffusion region adjacent to the second surface and disposed beside the transfer gate; a light blocking grid disposed on one surface and overlapping with the pixel separation section; and a light control grid disposed on the first surface and overlapping with the pixel separation section at the center of each of the first to third pixel groups. a color filter disposed between the light adjuster and the light shielding grid; a color filter disposed on the color filter, the light shielding grid, and the light adjuster, and a color filter disposed on the first to third pixel groups, respectively; a corresponding microlens, the light blocking grid has a first width in a first direction, the light modulator has a second width in the first direction that is greater than the first width, and the light modulator has a second width in the first direction that is larger than the first width; The upper end of the vessel is located at a distance of 1/3 to 2/3 of the radius of curvature of the microlens from the upper end of the microlens.
本発明の他の実施形態によるイメージセンサーは、互いに反対側の第1面と第2面を含む基板と、前記基板を貫通し、複数の画素に分離し、平面的に格子形状を有する画素分離部であって、前記画素は各々n列とm行に配列された第1乃至第3ピクセルグループを構成し、nとmは各々独立的に2以上の自然数である、画素分離部と、前記第1面上に配置され、前記画素分離部と重ねられる遮光グリッドと、前記第1乃至第3ピクセルグループの各々の中心で前記画素分離部と重ねられ、前記第1面上に配置される光調節器と、を含み、前記遮光グリッドは第1方向に第1幅を有し、前記光調節器は前記第1方向に前記第1幅より大きい第2幅を有し、前記遮光グリッドは順に積層された第1遮光パターンと第1低屈折パターンを有し、前記光調節器は順に積層された第2遮光パターンと第2低屈折パターンを有し、前記第1遮光パターンと前記第2遮光パターンは互いに同一な金属を含み、前記第1低屈折パターンと前記第2低屈折パターンは互いに同一な誘電物質を含む。 An image sensor according to another embodiment of the present invention includes a substrate including a first surface and a second surface opposite to each other, and a pixel separation structure that penetrates the substrate and is separated into a plurality of pixels and has a grid shape in a plane. a pixel separation unit, wherein the pixels constitute first to third pixel groups arranged in n columns and m rows, and n and m are each independently a natural number of 2 or more; a light shielding grid disposed on a first surface and overlapping with the pixel separation section; and a light shielding grid disposed on the first surface and overlapping with the pixel separation section at the center of each of the first to third pixel groups. a conditioner, the light-blocking grid having a first width in a first direction, the light conditioner having a second width in the first direction that is greater than the first width, and the light-blocking grid having a second width in the first direction; The light modulator has a first light-shielding pattern and a first low refraction pattern stacked together, and the light adjuster has a second light-shielding pattern and a second low-refraction pattern stacked in order, and the first light-shielding pattern and the second light-shielding pattern The patterns include the same metal, and the first low refraction pattern and the second low refraction pattern include the same dielectric material.
本発明によるイメージセンサーは光の経路を調節することができる光調節器を含んで、ピクセルグループの中心に位置する画素分離部内に含まれるポリシリコンパターンに光が入射されることを防止することができる。したがって、量子効率を向上させてイメージセンサーで鮮明な画質を具現することができる。また、優れた自動焦点機能を提供することができる。 The image sensor according to the present invention includes a light regulator capable of adjusting the path of light to prevent light from entering the polysilicon pattern included in the pixel separation part located at the center of the pixel group. can. Therefore, it is possible to improve quantum efficiency and realize clear image quality with an image sensor. It can also provide excellent autofocus functionality.
以下、本発明をより具体的に説明するために本発明による実施形態に対して添付図面を参照しながら、より詳細に説明する。 DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, in order to more specifically explain the present invention, embodiments of the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings.
図1は本発明の実施形態によるイメージセンサーを説明するためのブロック図である。 FIG. 1 is a block diagram illustrating an image sensor according to an embodiment of the present invention.
図1を参照すれば、イメージセンサーはアクティブピクセルセンサーアレイ(Active Pixel Sensor array)1001、行デコーダー(row decoder)1002、行ドライバー(row driver)1003、列デコーダー(column decoder)1004、タイミング発生器(timing generator)1005、相関二重サンプラー(CDS:Correlated Double Sampler)1006、アナログデジタルコンバータ(ADC:Analog to Digital Converter)1007、及び入出力バッファ(I/O buffer)1008を含むことができる。
Referring to FIG. 1, the image sensor includes an active
アクティブピクセルセンサーアレイ1001は2次元に配列された複数の単位ピクセルを含み、光信号を電気信号に変換することができる。アクティブピクセルセンサーアレイ1001は行ドライバー1003からピクセル選択信号、リセット信号、及び電荷転送信号のような複数の駆動信号によって駆動されることができる。また、変換された電気信号は相関二重サンプラー1006に提供されることができる。
The active
行ドライバー1003は、行デコーダー1002でデコーディングされた結果に応じて多数の単位ピクセルを駆動するための多数の駆動信号をアクティブピクセルセンサーアレイ1001に提供することができる。単位ピクセルが行列形状に配列された場合には各行別に駆動信号が提供されることができる。
The
タイミング発生器1005は行デコーダー1002及び列デコーダー1004にタイミング(timing)信号及び制御信号を提供することができる。
相関二重サンプラー(CDS)1006はアクティブピクセルセンサーアレイ1001で生成された電気信号を受信してサンプル・アンド・ホールドすることができる。相関二重サンプラー1006は特定の雑音レベル(noise level)と電気信号による信号レベルを二重にサンプリングして、雑音レベルと信号レベルの差分に該当する差分レベルを出力することができる。
A correlated double sampler (CDS) 1006 can receive and sample and hold electrical signals generated by the active
アナログデジタルコンバータ(ADC)1007は相関二重サンプラー1006から出力された差分レベルに該当するアナログ信号をデジタル信号に変換して出力することができる。
An analog-to-digital converter (ADC) 1007 can convert the analog signal corresponding to the differential level output from the correlated
入出力バッファ1008はデジタル信号をラッチ(latch)し、ラッチしたデジタル信号を列デコーダー1004でのデコーディング結果に応じて順次的に映像信号処理部(不図示)に出力することができる。
The input/
図2は本発明の実施形態によるイメージセンサーのアクティブピクセルセンサーアレイの回路図である。 FIG. 2 is a circuit diagram of an active pixel sensor array of an image sensor according to an embodiment of the present invention.
図1及び図2を参照すれば、センサーアレイ1001は複数の画素PXを含み、画素PXはマトリックス形状で配列されることができる。各々の画素PXは転送トランジスタTXとロジックトランジスタRX、SX、DXを含むことができる。ロジックトランジスタはリセットトランジスタRX、選択トランジスタSX、及びソースフォロワートランジスタDXを含むことができる。転送トランジスタTXは転送ゲートTGを含むことができる。各々の画素PXは光電変換素子PD及び浮遊拡散(フローティングディフュージョン)領域FDをさらに含むことができる。
Referring to FIGS. 1 and 2, the
光電変換素子PDは外部から入射された光の量に比例して光電荷を生成及び蓄積することができる。光電変換素子PDはフォトダイオード、フォトトランジスタ、フォトゲート、ピン留めフォトダイオード、及びこれらの組み合わせを含むことができる。転送トランジスタTXは光電変換素子PDで生成された電荷を浮遊拡散領域FDに転送することができる。浮遊拡散領域FDは光電変換素子PDで生成された電荷が転送されて累積的に格納することができる。浮遊拡散領域FDに蓄積された光電荷の量に応じてソースフォロワートランジスタDXが制御されることができる。 The photoelectric conversion element PD can generate and accumulate photoelectric charges in proportion to the amount of light incident from the outside. The photoelectric conversion element PD can include a photodiode, a phototransistor, a photogate, a pinned photodiode, and combinations thereof. The transfer transistor TX can transfer the charge generated by the photoelectric conversion element PD to the floating diffusion region FD. Charges generated by the photoelectric conversion element PD can be transferred and cumulatively stored in the floating diffusion region FD. The source follower transistor DX can be controlled according to the amount of photocharge accumulated in the floating diffusion region FD.
リセットトランジスタRXは浮遊拡散領域FDに蓄積された電荷を周期的にリセットさせることができる。リセットトランジスタRXのドレイン電極は浮遊拡散領域FDと連結され、ソース電極は電源電圧VDDに連結されることができる。リセットトランジスタRXがターンオン(turn-on)されると、リセットトランジスタRXのソース電極と連結された電源電圧VDDが浮遊拡散領域FDに印加されることができる。したがって、リセットトランジスタRXがターンオンされると、浮遊拡散領域FDに蓄積された電荷が排出されて浮遊拡散領域FDがリセットされることができる。 The reset transistor RX can periodically reset the charges accumulated in the floating diffusion region FD. A drain electrode of the reset transistor RX may be connected to the floating diffusion region FD, and a source electrode may be connected to the power supply voltage VDD. When the reset transistor RX is turned on, a power voltage VDD connected to the source electrode of the reset transistor RX may be applied to the floating diffusion region FD. Therefore, when the reset transistor RX is turned on, the charges accumulated in the floating diffusion region FD can be discharged and the floating diffusion region FD can be reset.
ソースフォロワートランジスタDXはソースフォロワーバッファ増幅器(source follower buffer amplifier)の役割をすることができる。ソースフォロワートランジスタDXは浮遊拡散領域FDでの電位変化を増幅し、これを出力ラインVoutに出力することができる。 The source follower transistor DX may function as a source follower buffer amplifier. The source follower transistor DX can amplify the potential change in the floating diffusion region FD and output it to the output line Vout.
選択トランジスタSXは行単位に読み出す画素PXを選択することができる。選択トランジスタSXがターンオンされる時、電源電圧VDDがソースフォロワートランジスタDXのドレイン電極に印加されることができる。 The selection transistor SX can select pixels PX to be read out row by row. When the selection transistor SX is turned on, a power supply voltage VDD may be applied to the drain electrode of the source follower transistor DX.
図3Aは本発明の実施形態によるイメージセンサーの平面図である。図3Bは本発明の実施形態によるイメージセンサーの1つのピクセルグループの平面図である。図4Aは本発明の実施形態による、図3AをA-A’線に沿って切断した断面図である。図4Bは図4Aのイメージセンサーにおける光の経路を示す。 FIG. 3A is a top view of an image sensor according to an embodiment of the invention. FIG. 3B is a top view of one pixel group of an image sensor according to an embodiment of the invention. FIG. 4A is a cross-sectional view of FIG. 3A taken along line A-A' according to an embodiment of the present invention. FIG. 4B shows the path of light in the image sensor of FIG. 4A.
図3A、図3B、図4Aを参照すれば、本例によるイメージセンサー500は半導体基板1を含むことができる。半導体基板1はシリコン単結晶ウエハやシリコンエピタキシャル層であり得る。半導体基板1には第1導電型の不純物がドーピングされることができる。前記第1導電型はP型であり、前記不純物はホウ素であり得る。半導体基板1は互いに対向される第1面1aと第2面1bを含むことができる。
Referring to FIGS. 3A, 3B, and 4A, an
半導体基板1の第1面1aに隣接するように浅い素子分離部2が配置されることができる。浅い素子分離部2は第1面1aに配置されるトランジスタのための活性領域を定義することができる。浅い素子分離部2はSTI(Shallow Trench Isolation)工程によって形成されることができる。浅い素子分離部2はシリコン酸化膜、シリコン窒化膜、及びシリコン酸化窒化膜の中で少なくとも1つの膜の単一膜又は多重膜構造を有することができる。
A
半導体基板1には画素分離部DTIが配置されて画素PXを互いに分離させることができる。画素分離部DTIは深いトレンチ7内に配置されることができる。深いトレンチ7は第1面1aから第2面1bに向かって形成されることができる。深いトレンチ7は浅い素子分離部2と半導体基板1を貫通して形成されることができる。深いトレンチ7の幅は第1面1aから第2面1bに行くほど、狭くなることができる。画素分離部DTIは、グループ間画素分離部DTI-1とグループ内画素分離部DTI-2とを含むことができる。
A pixel isolation section DTI is disposed on the
画素分離部DTIは不純物がドーピングされたポリシリコンパターン51、その側壁を囲む側面絶縁膜55、そして埋め込み絶縁パターン4を含むことができる。ポリシリコンパターン51はシリコン単結晶で成される半導体基板1と概ね同じ熱膨張率を有するので、物質の熱膨張率の差によって発生される物理学応力を低下させることができる。また、ポリシリコンパターン51は共通バイアスラインの役割をすることができる。ポリシリコンパターン51には負の電圧が印加されることができる。深いトレンチ7の表面に存在することができる正孔を捕捉して暗電流特性を改善させることができる。側面絶縁膜55と埋め込み絶縁パターン4は各々独立にシリコン酸化膜、シリコン窒化膜、及びシリコン酸化窒化膜の中で少なくとも1つの膜の単一膜又は多重膜構造を有することができる。
The pixel isolation part DTI may include a
各々の画素PXで第1面1a上には図2を参照して説明した、転送トランジスタTXが配置されることができる。また、各々の画素PXでロジックトランジスタRX、SX、DXの中で少なくとも1つが配置されることができる。ロジックトランジスタRX、SX、DXは隣接画素PXとの間で互いに共有されることができる。転送トランジスタTXは転送ゲートTGとゲート絶縁膜GO及びその横に配置される浮遊拡散領域FDを含むことができる。
The transfer transistor TX described with reference to FIG. 2 can be arranged on the
転送ゲートTGは一部が基板1内に挿入されるバーティカル型(vertical type)の形状を有することができる。又は転送ゲートTGはプレーナ型(planar type)の形状を有してもよい。ゲート絶縁膜GOは、例えばシリコン酸化物、シリコン窒化物、及びhigh-k膜の中で少なくとも1つを含むことができる。high-k膜はシリコン酸化物の誘電率より高い誘電率を有する絶縁材料を含むことができる。転送ゲートTGは導電膜を含むことができる。浮遊拡散領域FDは前記第1導電型と反対の第2導電型の不純物でドーピングされることができる。図4Aで浮遊拡散領域FDは画素PXに各々配置されることと図示されたが、浮遊拡散領域FDは隣接画素PXとの間で互いに共有されることができる。この場合、浮遊拡散領域FDは隣接画素PXの間又はピクセルグループGP1~GP3の中心に位置することができる。
The transfer gate TG may have a vertical type shape in which a portion thereof is inserted into the
各々の画素PXで第1面1aに隣接して基板1内には接地領域GRが配置されることができる。接地領域GRは基板1にドーピングされた前記第1導電型の不純物がドーピングされ、基板1にドーピングされた不純物の濃度より高い濃度にドーピングされることができる。
A ground region GR may be disposed in the
各々の画素PXで基板1内には光電変換部PDが配置されることができる。光電変換部PDは前記第1導電型と反対の第2導電型の不純物がドーピングされた領域であり得る。例えば、光電変換部PDはN型のヒ素やリンがドーピングされることができる。光電変換部PDは周辺の半導体基板1とPN接合を成してフォトダイオードを構成することができる。
A photoelectric conversion unit PD can be arranged within the
半導体基板1の第1面1aは層間絶縁膜ILで覆われることができる。層間絶縁膜ILはシリコン酸化膜、シリコン酸化窒化膜、シリコン窒化膜、及び多孔性絶縁膜の中で少なくとも1つの単一膜又は多重膜構造を含むことができる。層間絶縁膜IL内には多層の配線5が配置されることができる。
The
画素PXは図3Aのように第1方向Xと第2方向Yに沿って2次元に配列されることができる。互いに隣接し、2列と2行で構成される2x2配列の4つの画素PXで1つのピクセルグループGP1~GP3を構成することができる。ピクセルグループGP1~GP3は各々対応されるカラーフィルターCF1~CF3とマイクロレンズMLで覆われることができる。即ち、2列と2行で構成される4つの画素PXを含む第1ピクセルグループGP1は1つの第1カラーフィルターCF1と1つのマイクロレンズMLで覆われることができる。2列と2行で構成される4つの画素PXを含む第2ピクセルグループGP2は1つの第2カラーフィルターCF2と1つのマイクロレンズMLで覆われることができる。2列と2行で構成される4つの画素PXを含む第3ピクセルグループGP3は1つの第3カラーフィルターCF3と1つのマイクロレンズMLで覆われることができる。マイクロレンズMLの下部は互いに連結されることができる。カラーフィルターCF1~CF3は各々緑色、赤色、及び青色の中で1つの色を有することができる。例えば、第1カラーフィルターCF1は赤色であり、第2カラーフィルターCF2は青色であり、そして第3カラーフィルターCF3は緑色であり得る。 The pixels PX may be two-dimensionally arranged along the first direction X and the second direction Y, as shown in FIG. 3A. One pixel group GP1 to GP3 can be configured by four pixels PX that are adjacent to each other and arranged in a 2x2 array consisting of two columns and two rows. The pixel groups GP1 to GP3 may be covered with corresponding color filters CF1 to CF3 and microlenses ML, respectively. That is, the first pixel group GP1 including four pixels PX arranged in two columns and two rows may be covered with one first color filter CF1 and one microlens ML. A second pixel group GP2 including four pixels PX arranged in two columns and two rows may be covered with one second color filter CF2 and one microlens ML. A third pixel group GP3 including four pixels PX arranged in two columns and two rows may be covered with one third color filter CF3 and one microlens ML. Lower portions of the microlenses ML may be connected to each other. Each of the color filters CF1-CF3 can have one color among green, red, and blue. For example, the first color filter CF1 may be red, the second color filter CF2 may be blue, and the third color filter CF3 may be green.
イメージセンサー500は1つのピクセルグループGP1~GP3上に配置される1つのマイクロレンズMLを通じて入ってくる光を4つの画素PXで感知して自動焦点機能を遂行することができる。また、1つのピクセルグループGP1~GP3を構成する4つの画素PXが画素分離部DTIによって分離されるので、隣接画素PXの間のブルーミング現象を防止することができる。したがって、優れた自動焦点機能を実行し、鮮明な画質を具現することができる。イメージセンサー500は自動焦点イメージセンサーであり得る。本例では2x2配列の4つの画素PXが1つのピクセルグループGP1~GP3を構成したが、本発明はこれに限定されない。即ち、nxm配列の画素PXが1つのピクセルグループGP1~GP3を成すことができ、この時、nとmは各々独立に2以上の自然数であり得る。
The
カラーフィルターCF1~CF3と第2面1bとの間には固定電荷膜15が介在されることができる。固定電荷膜15は第2面1bと接することができる。固定電荷膜15は負の固定電荷を有することができる。固定電荷膜15はハフニウム(Hf)、ジルコニウム(Zr)、アルミニウム(Al)、タンタル(Ta)、チタニウム(Ti)、イットリウム、及びランタノイドを含むグループから選択される少なくとも1つの金属を含む金属酸化物(metal oxide)又は金属フッ化物(metal fluoride)で成されることができる。例えば、固定電荷膜15はハフニウム酸化膜又はアルミニウム酸化膜であり得る。この時、固定電荷膜15の周辺には正孔の蓄積(hole accumulation)が発生することができる。したがって、暗電流の発生及びホワイトスポット(white spot)を効果的に減少させることができる。
A fixed
図示しないが、カラーフィルターCF1~CF3と固定電荷膜15との間に反射防止膜、平坦化膜等が追加に配置されることができる。反射防止膜46は、例えばシリコン酸化物又はシリコン窒化物を含むことができる。平坦化膜はシリコン酸化物を含むことができる。
Although not shown, an anti-reflection film, a planarization film, etc. may be additionally disposed between the color filters CF1 to CF3 and the fixed
固定電荷膜15上に遮光グリッドWGが配置されることができる。遮光グリッドWGはピクセルグループGP1~GP3の間に位置する画素分離部DTIと重ねられることができる。ピクセルグループGP1~GP3の各々の中心で固定電荷膜15上に画素分離部DTIと重ねられる光調節器LSが配置されることができる。光調節器LSは遮光グリッドWGと離隔されることができる。
A light shielding grid WG may be disposed on the fixed
光調節器LSはこの上に配置されるマイクロレンズMLの中心と重ねられることができる。例えば、光調節器LSの中心はこの上に配置されるマイクロレンズMLの中心と重ねられることができる。光調節器LSはカラーフィルターCF1~CF3のうち該当するものによって覆われることができる。遮光グリッドWGは隣接するカラーフィルターCF1~CF3で覆われることができる。 The light modulator LS can be overlapped with the center of the microlens ML disposed thereon. For example, the center of the light modulator LS can be overlapped with the center of the microlens ML disposed thereon. The light conditioner LS may be covered with a corresponding one of the color filters CF1 to CF3. The light blocking grid WG may be covered with adjacent color filters CF1 to CF3.
遮光グリッドWGは順に積層された第1遮光パターン17aと第1低屈折パターン25aを含むことができる。光調節器LSは順に積層された第2遮光パターン17bと第2低屈折パターン25bを含むことができる。第1遮光パターン17aと第2遮光パターン17bは互いに同一な厚さと同一な金属を含むことができる。例えば、第1遮光パターン17aと第2遮光パターン17bはチタニウム又はタングステンを含むことができる。第1低屈折パターン25aと第2低屈折パターン25bは互いに同一な誘電物質を含むことができる。第1低屈折パターン25aと第2低屈折パターン25bはカラーフィルターCF1~CF3の屈折率より低い屈折率を有することができる。好ましくは、第1低屈折パターン25aと第2低屈折パターン25bは1.3以下の屈折率を有する。したがって、図4Bのように入射される入射光L1、L2は光調節器LSによって屈折されて該当画素PXの光電変換部PDに入射される。
The light shielding grid WG may include a first
図4Aのように遮光グリッドWGは第1幅WT1を有することができる。光調節器LSは第1幅WT1より広い第2幅WT2を有することができる。例えば、第2幅WT2は第1幅WT1の2~4倍であり得る。光調節器LSは平面的に図3A及び図3Bのように十字形状を有することができる。光調節器LSの第2幅WT2は画素分離部DTIの幅より広いことができる。光調節器LSはピクセルグループGP1~GP3の各々の中心に位置する画素分離部DTIを完全に覆うことができる。光調節器LSは(直)方形の断面を有することができる。 As shown in FIG. 4A, the light blocking grid WG may have a first width WT1. The light conditioner LS may have a second width WT2 that is wider than the first width WT1. For example, the second width WT2 may be two to four times the first width WT1. The light adjuster LS may have a cross shape in plan view as shown in FIGS. 3A and 3B. The second width WT2 of the light adjuster LS may be wider than the width of the pixel separation part DTI. The light conditioner LS can completely cover the pixel isolation part DTI located at the center of each of the pixel groups GP1 to GP3. The light modulator LS can have a (right) rectangular cross section.
図4Aのように遮光グリッドWGの上面は第1レベルLV1を有することができる。光調節器LSの上面は第2レベルLV2を有することができる。本例において、第2レベルLV2は第1レベルLV1と同一であり得る。光調節器LSの上面はマイクロレンズMLの焦点距離に位置するか、又は焦点距離付近に位置することができる。好ましくは、マイクロレンズMLの上端から光調節器LSの上面までの距離DS2はマイクロレンズMLの曲率半径DS1の1/3~2/3にあることができる。したがって、図4Bのように、マイクロレンズMLを通じて入射される光L1、L2は光調節器LSによって散乱されて光電変換部PDに入射される。したがって、光L1、L2が光調節器LS下の画素分離部DTI内に位置するポリシリコンパターン51に入射されることを防止することができる。ポリシリコンは光を吸収する性質があるので、ポリシリコンパターン51に光が入射される場合、光損失が発生し、したがって量子効率(入射フォトン信号エレクトロン変換効率)が低下してしまい得る。本発明では光調節器LSによって量子効率を向上させることができる。したがって、イメージセンサーで光量が増加し、光感度が改善されて鮮明な画質を具現することができる。また、優れた自動焦点機能を提供することができる。
As shown in FIG. 4A, the upper surface of the light shielding grid WG may have a first level LV1. The top surface of the light conditioner LS may have a second level LV2. In this example, the second level LV2 may be the same as the first level LV1. The upper surface of the light conditioner LS may be located at or near the focal length of the microlens ML. Preferably, the distance DS2 from the upper end of the microlens ML to the upper surface of the light adjuster LS may be between 1/3 and 2/3 of the radius of curvature DS1 of the microlens ML. Therefore, as shown in FIG. 4B, the lights L1 and L2 that are incident through the microlens ML are scattered by the light adjuster LS and are incident on the photoelectric conversion unit PD. Therefore, it is possible to prevent the lights L1 and L2 from entering the
図5A及び図5Bは図4Aの断面を有するイメージセンサーの製造過程を順次的に示す断面図である。 5A and 5B are cross-sectional views sequentially illustrating a manufacturing process of an image sensor having the cross section of FIG. 4A.
図5Aを参照すれば、互いに反対側の第1面1aと第2面1bを有する基板1を準備する。通常のプロセスを通じて基板1に浅い素子分離部2と画素分離部DTIを形成して画素PXを限定する。画素分離部DTIは不純物がドーピングされたポリシリコンパターン51、その側壁を囲む側面絶縁膜55、そして埋め込み絶縁パターン4を含むように形成されることができる。側面絶縁膜55は深いトレンチ7の底面を覆うように形成されることができる。側面絶縁膜55は第2面1bと離隔されるように形成されることができる。各画素PXで基板1内に光電変換部PDを形成する。第1面1a上に転送ゲートTG、ゲート絶縁膜GO、その横に配置される浮遊拡散領域FD、及び接地領域GRを形成する。第1面1a上に多層の配線5と層間絶縁膜ILを形成する。基板1を覆して第2面1bが上になるようにする。
Referring to FIG. 5A, a
図5Bを参照すれば、基板1の第2面1bに対してバックグラインディング工程を進行して基板1の一部と側面絶縁膜55の一部を除去して画素分離部DTIのポリシリコンパターン51を露出させる。基板1の第2面1b上に固定電荷膜15を形成する。そして、固定電荷膜15上に遮光膜と低屈折膜を順に積層した後、該低屈折膜と該遮光膜を順次にエッチングして遮光グリッドWGと光調節器LSを形成し、固定電荷膜15を露出させる。遮光グリッドWGは順に積層された第1遮光パターン17aと第1低屈折パターン25aを含むことができる。光調節器LSは順に積層された第2遮光パターン17bと第2低屈折パターン25bを含むことができる。光調節器LSはピクセルグループGP1~GP3の各々の中心で画素分離部DTIと重ねられるように形成されることができる。光調節器LSは平面的に図3Aのように十字形状を有するように形成されることができる。
Referring to FIG. 5B, a back grinding process is performed on the
本発明では遮光グリッドWGを形成する時、光調節器LSを同時に形成することができる。したがって、光調節器LSを形成するための別の工程が不要であるので、工程を単純化することができる。 In the present invention, when forming the light shielding grid WG, the light adjuster LS can be formed at the same time. Therefore, a separate process for forming the light adjuster LS is not required, so the process can be simplified.
続いて、図3A及び図4Aを参照して、固定電荷膜15上にカラーフィルターCF1~CF3を形成する。カラーフィルターCF1~CF3のうち1つが対応する1つのピクセルグループGP1~GP3を覆うように形成される。カラーフィルターCF1~CF3は遮光グリッドWGと光調節器LSを覆うことができる。カラーフィルターCF1~CF3上に各々マイクロレンズMLを形成する。
Next, referring to FIGS. 3A and 4A, color filters CF1 to CF3 are formed on fixed
図6A乃至図6Dは本発明の実施形態によるイメージセンサーの部分平面図を示す。 6A-6D illustrate partial top views of image sensors according to embodiments of the present invention.
図6Aを参照すれば、本例による光調節器LSは平面的に円形を有することができる。光調節器LSは遮光グリッドWGと離隔されることができ、これらの間で画素分離部DTIが露出されることができる。 Referring to FIG. 6A, the light adjuster LS according to the present example may have a circular shape in plan. The light adjuster LS may be separated from the light shielding grid WG, and the pixel isolation part DTI may be exposed between them.
又は図6Bを参照すれば、光調節器LSは平面的に十字形状を有することができる。光調節器LSはグリッド突出部WGPによって遮光グリッドWGと連結されることができる。グリッド突出部WGPは画素分離部DTIと重ねられる。この場合、画素分離部DTIは光調節器LSと遮光グリッドWGとの間で露出されない。光調節器LS、グリッド突出部WGP、及び遮光グリッドWGは一体になされることができ、これらの間には境界領域が存在しないとし得る。 Alternatively, referring to FIG. 6B, the light adjuster LS may have a cross shape in plan. The light conditioner LS may be connected to the light shielding grid WG through a grid protrusion WGP. The grid protruding portion WGP is overlapped with the pixel separation portion DTI. In this case, the pixel isolation portion DTI is not exposed between the light adjuster LS and the light shielding grid WG. The light conditioner LS, the grid protrusion WGP, and the light shielding grid WG may be integrated, and there may be no boundary area between them.
又は図6Cを参照すれば、光調節器LSは平面的に十字形状を有することができる。光調節器LSは内部に空き空間CVを有することができる。空き空間CVは1つのピクセルグループGP1~GP3の中心と重ねられることができる。光調節器LSは遮光グリッドWGと離隔されることができ、これらの間で画素分離部DTIが露出されることができる。 Alternatively, referring to FIG. 6C, the light adjuster LS may have a cross shape in plan view. The light regulator LS may have an empty space CV inside. The free space CV can be overlapped with the center of one pixel group GP1 to GP3. The light adjuster LS may be separated from the light shielding grid WG, and the pixel isolation part DTI may be exposed between them.
又は図6Dを参照すれば、光調節器LSは平面的に方形、ピラミッド形、又は斜方形状を有することができる。光調節器LSは遮光グリッドWGと離隔されることができ、これらの間で画素分離部DTIが露出されることができる。 Alternatively, referring to FIG. 6D, the light modulator LS may have a rectangular, pyramidal, or rhombic shape in plan view. The light adjuster LS may be separated from the light shielding grid WG, and the pixel isolation part DTI may be exposed between them.
図7A及び図7Bは本発明の実施形態によるイメージセンサーの平面図を示す。 7A and 7B show top views of image sensors according to embodiments of the present invention.
図7Aを参照すれば、本例によるイメージセンサー501は様々な形状の光調節器LS1~LS4を含むことができる。光調節器LS1~LS4は各々遮光グリッドWGと離隔される。例えば、図7Aで最も上側で左側から1番目に位置する第1ピクセルグループGP1の中心には図3Bに開示された十字形状の第1光調節器LS1が配置されることができる。図7Aで最も上側で左側から2番目に位置する第3ピクセルグループGP3の中心には図6Aに開示された円形状の第2光調節器LS2が配置されることができる。図7Aで最も上側で左側から3番目に位置する第1ピクセルグループGP1の中心には図6Dに開示された斜方形状の第3光調節器LS3が配置されることができる。図7Aで最も上側で左側から4番目に位置する第3ピクセルグループGP3の中心には図6Cに開示された内部に空き空間CVを有する十字形状の第4光調節器LS4が配置されることができる。光調節器LS1~LS4の位置は各列毎又は各行毎に変わることができる。
Referring to FIG. 7A, the
図7Bを参照すれば、本例によるイメージセンサー502の光調節器LSはグリッド突出部WGPによって遮光グリッドWGと連結されることができる。図7Bのイメージセンサー502は図6Bに開示された1つのピクセルグループGP1~GP3が複数に提供されて2次元に配列された形状を有する。
Referring to FIG. 7B, the light conditioner LS of the
図8A乃至図8Eは本発明の実施形態による、図3AをA-A’線に沿って切断した断面図である。 8A to 8E are cross-sectional views of FIG. 3A taken along line A-A' according to an embodiment of the present invention.
図8Aを参照すれば、本例によるイメージセンサー503では遮光グリッドWGの上面は第1レベルLV1を有することができる。光調節器LSの上面は第2レベルLV2を有することができる。本例において、第2レベルLV2は第1レベルLV1と異なることができる。第2レベルLV2は第1レベルLV1より高いことができる。その外の構成は図4Aを参照して説明したことと同一であり得る。
Referring to FIG. 8A, in the
図8Bを参照すれば、本例によるイメージセンサー504では光調節器LSは傾いた側壁を有することができる。光調節器LSは三角形状の断面を有することができる。その外の構成は図8Aを参照して説明したことと同一であり得る。
Referring to FIG. 8B, in the
図8Cを参照すれば、本例によるイメージセンサー505では光調節器LSは空き空間CVを有することができる。空き空間CVはエアギャップ領域とも称されることができる。空き空間CVは第2遮光パターン17bの上部面を露出させることができる。第2低屈折パターン25bは空き空間CVの上端と側面を限定することができる。その外の構成は図4Aを参照して説明したことと同一であり得る。図8Cは図6Cの断面に該当することができる。
Referring to FIG. 8C, in the
図8Dを参照すれば、本例によるイメージセンサー506では光調節器LS、遮光グリッドWG、及び固定電荷膜15はガス透過膜GSPLでコンフォーマルに覆われることができる。ガス透過膜GSPLは二酸化シリコン(SiO2)、水素炭化酸化シリコン(SiOCH)、窒化炭化シリコン(SiCN)を含むグループから選択される少なくとも1つの物質で形成されることができる。ガス透過膜GSPLは0.001~5nmの厚さを有することができる。この時、遮光グリッドWG及び光調節器LSをそれぞれ構成する第1及び第2低屈折パターン25a、25bはエアギャップ領域であり得る。図8Dのイメージセンサー506は図5Bの段階で第1及び第2低屈折パターン25a、25bを、熱や光(例えば、紫外線)によって分解されることができる物質で形成し、第1及び第2低屈折パターン25a、25b上にガス透過膜GSPLをコンフォーマルに形成した後、第1及び第2低屈折パターン25a、25bに熱を加えるか、或いは光を照射することができる。したがって、第1及び第2低屈折パターン25a、25bが分解されて小さい分子量のガスに分解され、該ガスはガス透過膜GSPLを通じて抜け出すことができる。したがって、第1及び第2低屈折パターン25a、25bはエアギャップ領域に変わることができる。
Referring to FIG. 8D, in the
図8Eを参照すれば、本例によるイメージセンサー507では画素分離部DTIが深いトレンチ7内に配置されることができる。深いトレンチ7は第2面1bから第1面1aに向かって形成されることができる。深いトレンチ7の幅は第2面1bから第1面1aに行くほど、狭くなることができる。画素分離部DTIは深いトレンチ7の側壁をコンフォーマルに覆う固定電荷膜9と深いトレンチ7を満たす埋め込み絶縁膜11を含むことができる。固定電荷膜9は負の固定電荷を有することができる。固定電荷膜9はハフニウム(Hf)、ジルコニウム(Zr)、アルミニウム(Al)、タンタル(Ta)、チタニウム(Ti)、イットリウム、及びランタノイドを含むグループから選択される少なくとも1つの金属を含む金属酸化物(metal oxide)、又は金属フッ化物(metal fluoride)で成されることができる。例えば、固定電荷膜9はハフニウム酸化膜又はアルミニウム酸化膜であり得る。この時、固定電荷膜9の周辺には正孔の蓄積(hole accumulation)が発生することができる。したがって、暗電流の発生及びホワイトスポット(white spot)を効果的に減少させることができる。又は埋め込み絶縁膜11はステップカバレッジ特性がよい絶縁膜で、例えばシリコン酸化膜で形成されることができる。図示しないが、平面視において深いトレンチ7は格子形状を有することができる。固定電荷膜9は第2面1b上に延長されて第2面1bと接することができる。埋め込み絶縁膜11も第2面1b上に延長されることができる。
Referring to FIG. 8E, in the
半導体基板1内には画素分離部DTIと浅い素子分離部2との間に介在される素子分離領域3が配置されることができる。素子分離領域3には第1導電型の不純物がドーピングされることができる。素子分離領域3にドーピングされた前記第1導電型の不純物の濃度は半導体基板1にドーピングされた前記第1導電型の不純物の濃度より高いことができる。
A device isolation region 3 interposed between a pixel isolation portion DTI and a shallow
埋め込み絶縁膜11上には補助絶縁膜16が配置されることができる。補助絶縁膜16は反射防止膜及び/又は平坦化膜を含むことができる。補助絶縁膜16はシリコン窒化膜及び/又は有機絶縁膜を含むことができる。その外の構成は図4Aを参照して説明したことと同一であり得る。
An auxiliary insulating
図9は本発明の実施形態によるイメージセンサーの断面図である。 FIG. 9 is a cross-sectional view of an image sensor according to an embodiment of the present invention.
図9を参照すれば、本例によるイメージセンサー508は第1サブチップCH1と第2サブチップCH2がボンディングされた構造を有することができる。第1サブチップCH1は、好ましくはイメージセンシング機能をすることができる。第2サブチップCH2は、好ましくは第1サブチップCH1を駆動するか、或いは第1サブチップCH1で発生された電気信号を格納するための回路を含むことができる。
Referring to FIG. 9, the
第2サブチップCH2は第2基板100、第2基板100に配置される複数のトランジスタTR、第2基板100を覆う第2層間絶縁膜110、第2層間絶縁膜110内に配置される第2配線112を含むことができる。第2層間絶縁膜110はシリコン酸化膜、シリコン窒化膜、シリコン酸化窒化膜、及び多孔性絶縁膜の中で少なくとも1つの単一膜又は多重膜構造を有することができる。第1サブチップCH1と第2サブチップCH2はボンディングされる。したがって、第1層間絶縁膜ILと第2層間絶縁膜110は接することができる。
The second subchip CH2 includes a
第1サブチップCH1はパッド領域PAD、連結領域CNR、光学ブラック領域OB、及び画素アレイ領域APSを含む第1基板1を含む。画素アレイ領域APSは複数の画素PXを含むことができる。画素アレイ領域APSで第1基板1に画素分離部DTIが配置されて画素PXを分離することができる。第1基板1には第1面1aに隣接して浅い素子分離部2が配置されることができる。画素分離部DTIは浅い素子分離部2を貫通することができる。画素PXの各々で第1基板1内に光電変換部PDが配置されることができる。各画素PXで第1基板1の第1面1a上に転送ゲートTGが配置されることができる。転送ゲートTGの一側で第1基板1内に浮遊拡散領域FDが配置されることができる。第1面1aは第1層間絶縁膜ILで覆われることができる。第1層間絶縁膜IL内には配線5とコンタクトCT1が配置されることができる。
The first subchip CH1 includes a
光学ブラック領域OBでは基板1内に光が入射されないとし得る。画素分離部DTIは光学ブラック領域OBにも延長されて第1ブラック画素PXO1と第2ブラック画素PXO2を分離することができる。第1ブラック画素PXO1で第1基板1内に光電変換部PDが配置されることができる。第2ブラック画素PXO2では第1基板1内に光電変換部PDが存在しない。第1ブラック画素PXO1と第2ブラック画素PXO2に全て転送ゲートTGと浮遊拡散領域FDが配置されることができる。第1ブラック画素PXO1は、光が遮断された光電変換部PDから発生されることができる電荷量を感知して第1基準電荷量を提供することができる。第1基準電荷量は単位画素UPから発生された電荷量を計算する時、相対的な基準値になることができる。第2ブラック画素PXO2は、光電変換部PDがない状態で発生されることができる電荷量を感知して第2基準電荷量を提供することができる。第2基準電荷量は工程ノイズを除去する情報として使用されることができる。
It may be assumed that no light enters the
第1固定電荷膜24、第2固定電荷膜42、第1保護膜44、及び第2保護膜56は光学ブラック領域OB、連結領域CNRとパッド領域PAD上の第2面1b上にも延長されることができる。
The first fixed
連結領域CNRで連結コンタクトBCAは第1保護膜44、第2固定電荷膜42、及び第1基板1の一部を貫通して画素分離部DTIのポリシリコンパターン51pと接することができる。連結コンタクトBCAは第1トレンチ46内に位置することができる。連結コンタクトBCAは第1トレンチ46の内側壁と底面をコンフォーマルに覆う第1拡散防止パターン17d、第1拡散防止パターン17d上の第1金属パターン52、そして第1トレンチ46を満たす第2金属パターン54を含むことができる。
In the connection region CNR, the connection contact BCA may penetrate through the
第1拡散防止パターン17dの一部は光学ブラック領域OB上の第1保護膜44上に延長されて第1光学ブラックパターン17cを提供することができる。第1金属パターン52の一部は光学ブラック領域OB上の第1光学ブラックパターン17c上に延長されて第2光学ブラックパター52aを提供することができる。第2光学ブラックパターン52aと連結コンタクトBCAは第2保護膜56で覆われることができる。光学ブラック領域OBと連結領域CNRで第3光学ブラックパターンCFBが保護膜56上に位置することができる。
A portion of the
連結領域CNRで連結コンタクトBCAの横に第1ビアV1が配置されることができる。第1ビアV1はバックバイアススタック(Back Bias Stack)ビアとも称されることができる。第1ビアV1は第1保護膜44、第2固定電荷膜42、第1固定電荷膜24、第1基板1、第1層間絶縁膜IL、及び第2層間絶縁膜110の一部を貫通して第1配線5のうちの一部及び第2配線112のうちの一部と同時に接することができる。
A first via V1 may be disposed next to the connection contact BCA in the connection region CNR. The first via V1 may also be referred to as a back bias stack via. The first via V1 penetrates through a portion of the first
第1ビアV1は第1ビアホールH1内に配置されることができる。第1ビアV1は第1拡散防止パターン17dと第1拡散防止パターン17d上の第1ビアパターン52bを含むことができる。第1ビアパターン52bは第1金属パターン52と互いに連結されることができる。連結コンタクトBCAは第1ビアV1を通じて第1配線5のうちの一部及び第2配線112のうちの一部と連結されることができる。
The first via V1 may be disposed within the first via hole H1. The first via V1 may include a first
第1拡散防止パターン17dと第1ビアパターン52bは各々第1ビアホールH1の内側壁をコンフォーマルに覆うことができる。第1拡散防止パターン17dと第1ビアパターン52bは第1ビアホールH1を完全には満たすことができない。第1低屈折残余膜50bが第1ビアホーH1を満たすことができる。第1低屈折残余膜50b上にはカラーフィルター残余膜CFRが配置されることができる。
The first
パッド領域PADで互いに連結される外部連結パッド62と第2ビアV2が配置されることができる。外部連結パッド62は第1保護膜44、第2固定電荷膜42、第1固定電荷膜24、及び第1基板1の一部を貫通することができる。外部連結パッド62は第4トレンチ60内に配置されることができる。外部連結パッド62は第4トレンチ60の内壁と底面をコンフォーマルに順に覆う第3拡散防止パターン17eと第1パッドパターン52c、そして第4トレンチ60を満たす第2パッドパターン54aを含むことができる。
An
第2ビアV2は第1保護膜44、第2固定電荷膜42、第1固定電荷膜24、第1基板1、第1層間絶縁膜ILと第2層間絶縁膜110の一部を貫通して第2配線112のうちの一部と接することができる。外部連結パッド62は第2ビアV2を通じて第2配線112のうちの一部と連結されることができる。第2ビアV2は第2ビアホールH2内に配置されることができる。第2ビアV2は第2ビアホールH2の内側壁と底面をコンフォーマルに順に覆う第4拡散防止パターン17fと第2ビアパターン52dを含むことができる。第4拡散防止パターン17fと第2ビアパターン52dは第2ビアホールH2を完全には満たすことができない。第2低屈折残余膜50cが第2ビアホールH2を満たすことができる。第2低屈折残余膜50c上にはカラーフィルター残余膜CFRが配置されることができる。
The second via V2 penetrates through the first
第1及び第2遮光パターン17a、17b、第1拡散防止パターン17d、第1光学ブラックパターン17c、拡散防止パターン17d~17fは互いに同一な厚さと同一な物質(例えば、チタニウム)を有することができる。第1金属パターン52、第2光学ブラックパターン52a、第1ビアパターン52b、第1パッドパターン52c、及び第2ビアパターン52dは互いに同一な厚さと同一な物質(例えば、タングステン)を有することができる。第2金属パターン54と第2パッドパターン54aは互いに同一な物質(例えば、アルミニウム)を有することができる。
The first and second
第1及び第2低屈折パターン25a、25b、第1低屈折残余膜50b、及び第2低屈折残余膜50cは互いに同一な物質を有することができる。カラーフィルター残余膜CFRはカラーフィルターCF1、CF2のうち1つと同一なカラー及び物質を含むことができる。
The first and second low
第1遮光パターン17aと第1低屈折パターン25aは遮光グリッドWGを構成することができる。第2遮光パターン17bと第2低屈折パターン25bは光調節器LSを構成することができる。
The first
第2保護膜56はパッド領域PADにも延長され、第2パッドパターン54aを露出させる開口部を有することができる。複数のマイクロレンズMLを含むマイクロレンズアレイ層MLLは光学ブラック領域OB、連結領域CNR、及びパッド領域PADに延長されることができる。マイクロレンズアレイ層MLLはパッド領域PADで第2パッドパターン54aを露出させる開口部35を有することができる。その外の構造は図3A及び図4Aを参照して説明したことと同一/類似であることができる。
The second
図10は本発明の実施形態による、図3AをA-A’線に沿って切断した断面図である。 FIG. 10 is a cross-sectional view of FIG. 3A taken along line A-A' according to an embodiment of the present invention.
図10を参照すれば、本例によるイメージセンサー509には半導体基板1内に貫通電極57が配置されることができる。貫通電極57は深い素子分離部のポリシリコンパターン51と絶縁されることができる。貫通電極57は第1ビア絶縁膜59によって囲まれる。貫通電極57と層間絶縁膜ILとの間にはビア埋め込み絶縁パターン4aが配置される。貫通電極57と第1ビア絶縁膜59、そしてビア埋め込み絶縁パターン4aは半導体基板1内に配置される貫通電極ホール7h内に配置されることができる。半導体基板1の第1面1a上に転送ゲート電極TGが配置されることができる。転送ゲート電極TGに隣接する半導体基板1内に第1浮遊拡散領域FD1が配置されることができる。半導体基板1内に浅い素子分離部2によって第1浮遊拡散領域FD1と離隔される第2浮遊拡散領域FD2が配置されることができる。単位画素領域UPで半導体基板1内に第1光電変換部PD1が配置されることができる。第1光電変換部PD1は第2導電型の不純物がドーピングされた領域であり得る。
Referring to FIG. 10, a through
半導体基板1の第2面1b上に固定電荷膜15が配置されることができる。固定電荷膜15上にカラーフィルターCF1、CF2が配置されることができる。カラーフィルターCF1、CF2の間で固定電荷膜15上に遮光グリッドWGが配置されることができる。ピクセルグループGP1~GP3の中心で固定電荷膜15上に光調節器LSが配置されることができる。
A fixed
カラーフィルターCF1、CF2上に第1絶縁膜30が配置されることができる。第1絶縁膜30はシリコン酸化膜やシリコン窒化膜であり得る。第1絶縁膜30上に画素PX毎に画素電極32が配置されることができる。画素電極32の間に第2絶縁膜144が介在されることができる。第2絶縁膜144はシリコン酸化膜やシリコン窒化膜であり得る。画素電極32上に第2光電変換部PD2が配置されることができる。第2光電変換部PD2上に共通電極34が配置されることができる。共通電極34上にパッシベーション膜36が配置されることができる。パッシベーション膜36上にマイクロレンズMLが配置されることができる。
A first insulating
画素電極32と共通電極34はITO(Indium Tin Oxide)、IZO(Indium Zinc Oxide)、ZnO(Zinc Oxide)、及び/又は有機透明導電物質を含むことができる。第2光電変換部PD2は有機光電変換層であり得る。第2光電変換部PD2はp型有機半導体物質及びn型有機半導体物質を含むことができ、該p型有機半導体物質と該n型有機半導体物質はpn接合を形成することができる。又は第2光電変換部PD2は量子ドット(quantum dot)又はカルコゲナイド(chalcogenide)を含むことができる。
The
画素電極32はビアプラグ140によって貫通電極57と電気的に連結されることができる。ビアプラグ140は不純物がドーピングされたポリシリコン、チタニウム窒化膜のような金属窒化膜、タングステン、チタニウム、銅のような金属物質又はITOのような透明導電物質を含むことができる。ビアプラグ140は遮光グリッドWGと固定電荷膜15を貫通して貫通電極57と接することができる。ビアプラグ140の側壁は第2ビア絶縁膜142で覆われる。貫通電極57はコンタクトCT1と配線5によって第2浮遊拡散領域FD2と電気的に連結されることができる。その外の構成は図3A及び図4Aを参照して説明したことと同一/類似であることができる。
The
以上、添付された図面を参照して本発明の実施形態を説明したが、本発明が属する技術分野で通常の知識を有する者は本発明がその技術的思想や必須の特徴を変更しなくとも他の具体的な形態に実施されることができることを理解することができる。したがって、以上で記述した実施形態はすべての面で例示的なものであり、限定的ではないことと理解しなければならない。図3A乃至図10の実施形態は互いに組み合わされることができる。 Although the embodiments of the present invention have been described above with reference to the attached drawings, it will be understood by those with ordinary knowledge in the technical field to which the present invention pertains that the present invention does not require any change in its technical idea or essential features. It can be understood that other specific forms can be implemented. Therefore, it must be understood that the embodiments described above are illustrative in all respects and are not restrictive. The embodiments of FIGS. 3A-10 can be combined with each other.
1 半導体基板
2 浅い素子分離部
7 深いトレンチ
15 固定電荷膜
46 反射防止膜
500 イメージセンサー
CF1~CF3 カラーフィルター
DTI 画素分離部
FD 浮遊拡散領域
GO ゲート絶縁膜
GP1~GP3 ピクセルグループ
GR 接地領域
IL 層間絶縁膜
LS 光調節器
ML マイクロレンズ
PD 光電変換部
PX 画素
TG 転送ゲート
WG 遮光グリッド
Claims (10)
前記基板を貫通し、複数の画素に分離し、平面的に格子形状を有する画素分離部であって、前記画素は、各々n列とm行に配列された第1乃至第3ピクセルグループを構成し、nとmは、各々独立に2以上の自然数である、画素分離部と、
前記第1面上に配置され、前記画素分離部と重ねられる遮光グリッドと、
前記第1乃至第3ピクセルグループの各々の中心で前記画素分離部と重ねられ、前記第1面上に配置される光調節器と、を含み、
前記遮光グリッドは、第1方向に第1幅を有し、
前記光調節器は、前記第1方向に前記第1幅より大きい第2幅を有する、イメージセンサー。 a substrate including a first surface and a second surface opposite to each other;
A pixel separation section that penetrates the substrate and separates into a plurality of pixels and has a grid shape in a plan view, the pixels forming first to third pixel groups arranged in n columns and m rows, respectively. a pixel separation unit, where n and m are each independently a natural number of 2 or more;
a light shielding grid disposed on the first surface and overlapping with the pixel separation section;
a light adjuster overlapping the pixel separating section at the center of each of the first to third pixel groups and disposed on the first surface;
The light blocking grid has a first width in a first direction,
The light modulator may have a second width in the first direction that is larger than the first width.
前記カラーフィルター、前記遮光グリッド、及び前記光調節器上に配置され、前記第1乃至第3ピクセルグループに各々対応するマイクロレンズと、をさらに含み、
前記光調節器の上端は、前記マイクロレンズの上端から前記マイクロレンズの曲率半径の1/3~2/3の距離に位置する、請求項1に記載のイメージセンサー。 a color filter located between the light blocking grid and the light regulator;
further comprising microlenses disposed on the color filter, the light blocking grid, and the light adjuster and corresponding to the first to third pixel groups, respectively;
The image sensor according to claim 1, wherein the upper end of the light adjuster is located at a distance of 1/3 to 2/3 of the radius of curvature of the microlens from the upper end of the microlens.
前記光調節器は、順に積層された第2遮光パターンと第2低屈折パターンを有し、
前記第1遮光パターンと前記第2遮光パターンは、互いに同一な金属を含み、
前記第1低屈折パターンと前記第2低屈折パターンは、互いに同一な誘電物質を含む、請求項1に記載のイメージセンサー。 The light-shielding grid has a first light-shielding pattern and a first low refraction pattern stacked in order,
The light modulator has a second light shielding pattern and a second low refraction pattern stacked in order,
The first light-shielding pattern and the second light-shielding pattern include the same metal,
The image sensor of claim 1, wherein the first low refraction pattern and the second low refraction pattern include the same dielectric material.
前記光調節器は、エアギャップ領域を含む、請求項1に記載のイメージセンサー。 further comprising a gas permeable membrane covering the light regulator,
The image sensor of claim 1, wherein the light modulator includes an air gap region.
前記基板を貫通し、複数の画素に分離し、平面的に格子形状を有する画素分離部であって、前記画素は、各々n列とm行に配列された第1乃至第3ピクセルグループを構成し、nとmは、各々独立に2以上の自然数であり、当該画素分離部は、ポリシリコンパターンと該ポリシリコンパターンを囲む絶縁膜とを含む、画素分離部と、
前記第2面上に配置される転送ゲートと、
前記第2面に隣接し、前記転送ゲートの横に配置される浮遊拡散領域と、
前記第1面上に配置され、前記画素分離部と重ねられる遮光グリッドと、
前記第1乃至第3ピクセルグループの各々の中心で前記画素分離部と重ねられ、前記第1面上に配置される光調節器と、
前記光調節器と前記遮光グリッドとの間に配置されるカラーフィルターと、
前記カラーフィルター、前記遮光グリッド、及び前記光調節器上に配置され、前記第1乃至第3ピクセルグループに各々対応するマイクロレンズと、を含み、
前記遮光グリッドは、第1方向に第1幅を有し、
前記光調節器は、前記第1方向に前記第1幅より大きい第2幅を有し、
前記光調節器の上端は、前記マイクロレンズの上端から前記マイクロレンズの曲率半径の1/3~2/3の距離に位置する、イメージセンサー。 a substrate including a first surface and a second surface opposite to each other;
A pixel separation section that penetrates the substrate and separates into a plurality of pixels and has a grid shape in a plan view, the pixels forming first to third pixel groups arranged in n columns and m rows, respectively. where n and m are each independently a natural number of 2 or more, and the pixel isolation section includes a polysilicon pattern and an insulating film surrounding the polysilicon pattern;
a transfer gate disposed on the second surface;
a floating diffusion region adjacent to the second surface and disposed beside the transfer gate;
a light shielding grid disposed on the first surface and overlapping with the pixel separation section;
a light adjuster overlapping the pixel separating section at the center of each of the first to third pixel groups and disposed on the first surface;
a color filter disposed between the light regulator and the light blocking grid;
microlenses disposed on the color filter, the light blocking grid, and the light adjuster and corresponding to the first to third pixel groups, respectively;
The light blocking grid has a first width in a first direction,
The light modulator has a second width in the first direction that is larger than the first width,
In the image sensor, the upper end of the light adjuster is located at a distance of 1/3 to 2/3 of the radius of curvature of the microlens from the upper end of the microlens.
前記基板を貫通し、複数の画素に分離し、平面的に格子形状を有する画素分離部であって、前記画素は、各々n列とm行に配列された第1乃至第3ピクセルグループを構成し、nとmは、各々独立に2以上の自然数である、画素分離部と、
前記第1面上に配置され、前記画素分離部と重ねられる遮光グリッドと、
前記第1乃至第3ピクセルグループの各々の中心で前記画素分離部と重ねられ、前記第1面上に配置される光調節器と、を含み、
前記遮光グリッドは、第1方向に第1幅を有し、
前記光調節器は、前記第1方向に前記第1幅より大きい第2幅を有し、
前記遮光グリッドは、順に積層された第1遮光パターンと第1低屈折パターンを有し、
前記光調節器は、順に積層された第2遮光パターンと第2低屈折パターンを有し、
前記第1遮光パターンと前記第2遮光パターンは、互いに同一な金属を含み、
前記第1低屈折パターンと前記第2低屈折パターンは、互いに同一な誘電物質を含む、イメージセンサー。 a substrate including a first surface and a second surface opposite to each other;
A pixel separation section that penetrates the substrate and separates into a plurality of pixels and has a grid shape in a plan view, the pixels forming first to third pixel groups arranged in n columns and m rows, respectively. a pixel separation unit, where n and m are each independently a natural number of 2 or more;
a light shielding grid disposed on the first surface and overlapping with the pixel separation section;
a light adjuster overlapping the pixel separating section at the center of each of the first to third pixel groups and disposed on the first surface;
The light blocking grid has a first width in a first direction,
The light modulator has a second width in the first direction that is larger than the first width,
The light-shielding grid has a first light-shielding pattern and a first low refraction pattern stacked in order,
The light modulator has a second light shielding pattern and a second low refraction pattern stacked in order,
The first light-shielding pattern and the second light-shielding pattern include the same metal,
The first low refraction pattern and the second low refraction pattern may include the same dielectric material.
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